Name: 用于密集激光辐照实验的微制造目标的自动交付 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-28T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 40 s
Description: 了解高强度激光脉冲自动辐照薄金箔的实验方法，使用250微米硅晶圆和氮化硅涂层进行微加工靶材制备。该自动化系统以0.2赫兹频率实现靶材精准对准，显著提升数据采集效率和实验速度。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

本工作得到了以色列科学基金会（资助号：1135/15）和以色列Zuckerman STEM领导力计划的资助，特此致谢。我们还感谢以色列Pazy基金会（资助号：27707241）以及NSF-BSF基金（资助号：01025495）的支持。&#160;作者谨此感谢特拉维夫大学纳米科学与纳米技术中心

1. 靶材制备
注意：图2 和 图3 展示了自支撑金箔的制备过程。
<ol>
	<li>背面
	<ol>
		<li>使用厚度为 250 μm、直径为 100 mm、晶体取向为 &#60;100&#62; 的高应力硅片，双面涂覆氮化硅。</li>
		<li>依次使用丙酮&#160;和异丙醇清洗硅片，并用氮气吹干。&#160;随后旋涂一层 HMDS&#160;以形成粘附层，具体步骤见表 1。</li>
		<li>按照&#160;表 2中所述步骤，在硅片上旋涂 AZ1518&#160;光刻胶层。</li>
		<li>在 100 °C 下烘烤 1 分钟，然后冷却。</li>
		<li>在真空条件下进行光刻，曝光形成 1,000 μm × 1,000 μm 的方形开口，使用 400 nm 紫外灯曝光 1 个循环，时间为 4 至 7 秒&#160;。硅片接受的总辐照量为 40&#160;J/cm2。使用 AZ726K 显影液显影以暴露氮化硅，再用去水浴终止显影过程。</li>
		<li>使用反应离子刻蚀机（RIE）去除方形区域内的氮化硅。</li>
		<li>将硅片浸入 N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶液中 20 分钟，以去除残留的光刻胶和抗蚀剂，在氮化硅层上形成掩模的复制品。用去离子水冲洗硅片，并用氮气吹干。</li>
		<li>将硅片浸入 30%、90 °C 的氢氧化钾溶液中，通过方形开口刻蚀硅。每需刻蚀 50 μm 厚的硅，浸入时间应为 40 分钟。由于 &#60;100&#62; 晶面的刻蚀速率远高于其他晶面，氢氧化钾在对氮化硅掩模进行显著刻蚀之前，已通过硅体到达底部的氮化硅层。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>正面
	<ol>
		<li>对于正面，重复步骤 1.1.1–1.1.6，使用呈三个同心环形状的掩模。</li>
		<li>使用反应离子刻蚀（RIE）去除环形区域的氮化硅，随后用 NMP 浴去除残留的抗蚀剂和光刻胶。</li>
		<li>最后，为使硅环表面粗糙化，将硅片依次浸入硝酸以及含有 0.02 M 硝酸银和 4 M 氢氟酸的溶液中。</li>
		<li>在硅片的刻蚀面，使用物理气相沉积设备（PVD）18&#160;溅射一层数百纳米厚的金，金层下方为约 10 nm 厚的粘附层，材料可为钛、镍或铬。溅射后的金层将作为自支撑膜靶材。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 序列比对
注意：图4 显示了目标辐照装置。
<ol>
	<li>在100倍显微镜下将一个任意选择的靶点调至视野中。</li>
	<li>将三角测距传感器（例如 MTI/MicroTrak 3 LTS 120-20）19对准最靠近该靶点的粗糙环，并记录其位移读数。 
	注意：所使用的测距传感器型号不适用于高真空环境。同一厂商的其他型号（如 MTI-2100）则适用于低放气应用。</li>
	<li>保持显微镜位置不变，将晶圆移动一段已知距离，以清空光路。</li>
	<li>利用两个折叠镜和离轴抛物面镜（OAP），在低功率下将光束对准显微镜的视场。</li>
	<li>调节这三个反射镜，以校正光束中的像散。最终应获得一个接近衍射极限的聚焦光斑。</li>
	<li>遮挡激光束，并将靶点重新移回显微镜的焦点位置。使用显微镜和测距传感器的读数验证其位置。</li>
	<li>将显微镜移至一个可避免激光照射和碎片损伤的安全位置。</li>
</ol>
3. 照射序列与自动靶点定位
<ol>
	<li>使用软件在目标的焦轴调节器与位移传感器读数之间建立闭环反馈。采用第2.2步协议中记录的数值作为设定值。基于LabView编制的主要PID20控制流程如图5所示。</li>
	<li>当闭环定位达到设定值附近所需的公差范围时，用单个高功率激光脉冲照射目标。</li>
	<li>通过机械馈通装置移动IP至新位置。</li>
	<li>软件将下一个目标调至焦点后，重复进行照射流程。</li>
</ol>

<ol><li>Snavely, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intense+High-Energy+Proton+Beams+from+Petawatt-Laser+Irradiation+of+Solids%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Intense High-Energy Proton Beams from Petawatt-Laser Irradiation of Solids.</a> Physical Review Letters. 85, 4945(2000).</li>
<li>Tosaki, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+laser-driven+ion+energies+for+fusion+fast-ignition+research%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+of+Theoretical+and+Experimental+Physics%22%5BJournal%5D)">Evaluation of laser-driven ion energies for fusion fast-ignition research.</a> Progress of Theoretical and Experimental Physics. 2017 (10), 103(2017).</li>
<li>Borghesi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+imaging%3A+a+diagnostic+for+inertial+confinement+fusion%2Ffast+ignitor+studies+Related+content+Inertial+confinement+fusion+and+fast+ignitor+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Plasma+Physics+and+Controlled+Fusion%22%5BJournal%5D)">Proton imaging: a diagnostic for inertial confinement fusion/fast ignitor studies Related content Inertial confinement fusion and fast ignitor studies.</a> Plasma Physics and Controlled Fusion. 43, 12(2001).</li>
<li>Malka, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Practicability+of+proton+therapy+using+compact+laser+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">Practicability of proton therapy using compact laser systems.</a> Medical Physics. 31 (6), 1587-1592 (2004).</li>
<li>Roth, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laser-Driven+Neutron+Source+Based+on+the+Relativistic+Transparency+of+Solids%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Laser-Driven Neutron Source Based on the Relativistic Transparency of Solids.</a> Physical Review Letters. 110, 044802(2013).</li>
<li>Noaman-Ul-Haq, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Statistical+analysis+of+laser+driven+protons+using+a+high-repetition-rate+tape+drive+target+system%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Accelerators+and+Beams%22%5BJournal%5D)">Statistical analysis of laser driven protons using a high-repetition-rate tape drive target system.</a> Physical Review Accelerators and Beams. 20 (4), 41301(2017).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protons+and+electrons+generated+from+a+5-%CE%BCm+thick+copper+tape+target+irradiated+by+s-%2C+circularly-%2C+and+p-polarized+55-fs+laser+pulses%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+Letters%2C+Section+A%3A+General%2C+Atomic+and+Solid+State+Physics%22%5BJournal%5D)">Protons and electrons generated from a 5-μm thick copper tape target irradiated by s-, circularly-, and p-polarized 55-fs laser pulses.</a> Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics. 369 (5-6), 483-487 (2007).</li>
<li>Shaw, B. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-peak-power+surface+high-harmonic+generation+at+extreme+ultra-violet+wavelengths+from+a+tape%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">High-peak-power surface high-harmonic generation at extreme ultra-violet wavelengths from a tape.</a> Journal of Applied Physics. 114 (4), 43106(2013).</li>
<li>Fill, E., Bayerl, J., Tommasini, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+tape+target+for+use+with+repetitively+pulsed+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">A novel tape target for use with repetitively pulsed lasers.</a> Review of Scientific Instruments. 73 (5), 2190-2192 (2002).</li>
<li>Morrison, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MeV+proton+acceleration+at+kHz+repetition+rate+from+ultra-intense+laser+liquid+interaction%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">MeV proton acceleration at kHz repetition rate from ultra-intense laser liquid interaction.</a> New Journal of Physics. 20 (2), 22001(2018).</li>
<li>Margarone, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proton+Acceleration+Driven+by+a+Nanosecond+Laser+from+a+Cryogenic+Thin+Solid-Hydrogen+Ribbon%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+X%22%5BJournal%5D)">Proton Acceleration Driven by a Nanosecond Laser from a Cryogenic Thin Solid-Hydrogen Ribbon.</a> Physical Review X. 6, 041030(2016).</li>
<li>Prencipe, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targets+for+high+repetition+rate+laser+facilities%3A+needs%2C+challenges+and+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22High+Power+Laser+Science+and+Engineering%22%5BJournal%5D)">Targets for high repetition rate laser facilities: needs, challenges and perspectives.</a> High Power Laser Science and Engineering. 5, 17(2017).</li>
<li>Porat, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Towards+direct-laser-production+of+relativistic+surface+harmonics%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+Volume+11036%2C+Relativistic+Plasma+Waves+and+Particle+Beams+as+Coherent+and+Incoherent+Radiation+Sources+III%22%5BJournal%5D)">Towards direct-laser-production of relativistic surface harmonics.</a> Proceedings Volume 11036, Relativistic Plasma Waves and Particle Beams as Coherent and Incoherent Radiation Sources III. , 110360(2019).</li>
<li>Gershuni, Y., et al. A gatling-gun target delivery system for high-intensity laser irradiation experiments. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGershuni%2C+Y+%22Nuclear+Instruments+and+Methods+in+Physics+Research%2C+Section+A%3A+Accelerators%2C+Spectrometers%2C+Detectors+and+Associated+Equipment%22">Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment</a>. 934, 58-62 (2019).</li>
<li>Jung, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+high+resolution+and+high+dispersion+Thomson+parabola%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Development of a high resolution and high dispersion Thomson parabola.</a> Review of Scientific Instruments. 82 (1), 13306(2011).</li>
<li>Cobble, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+Thomson+parabola+for+ion+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">High-resolution Thomson parabola for ion analysis.</a> Review of Scientific Instruments. 82 (11), 113504(2011).</li>
<li>Mančić, A., Fuchs, J., Antici, P., Gaillard, S. A., Audebert, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Absolute+calibration+of+photostimulable+image+plate+detectors+used+as+high-energy+proton+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Absolute calibration of photostimulable image plate detectors used as high-energy proton detectors.</a> Review of Scientific Instruments. 79, 73301(2008).</li>
<li>Mattox, D. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMattox%2C+DM+%22Processing.+Handbook+of+Physical+Vapor+Deposition+%28PVD%29+Processing%22">Processing. Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing</a>. , Elsevier Inc. (2007).</li>
<li>MTI Instruments. , Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.mtiinstruments.com/products/lasertriangulation.aspx">http://www.mtiinstruments.com/products/lasertriangulation.aspx</a> (2020).</li>
<li>Astrom, K. J., Murray, R. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAstrom%2C+KJ+%22Feedback+Systems%3A+An+Introduction+for+Scientists+and+Engineers%22">Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers</a>. , Princeton University Press. Ch. 10 (2006).</li>
<li>Passoni, M., Bertagna, L., Zani, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Target+normal+sheath+acceleration%3A+Theory%2C+comparison+with+experiments+and+future+perspectives%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Target normal sheath acceleration: Theory, comparison with experiments and future perspectives.</a> New Journal of Physics. 12, 045012(2010).</li>
<li>Roth, M., Schollmeier, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ion+Acceleration%3A+TNSA%5BTitle%5D)+AND+%22Laser-Plasma+Interactions+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Ion Acceleration: TNSA.</a> Laser-Plasma Interactions and Applications. , 303-350 (2013).</li>
<li>Zaffino, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+proton+acceleration+from+a+3+TW+table-top+laser+interacting+with+submicrometric+mass-produced+solid+targets%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics+Communications%22%5BJournal%5D)">Efficient proton acceleration from a 3 TW table-top laser interacting with submicrometric mass-produced solid targets.</a> Journal of Physics Communications. 2 (4), 41001(2018).</li>
<li>Harres, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+and+calibration+of+a+Thomson+parabola+with+microchannel+plate+for+the+detection+of+laser-accelerated+MeV+ions%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Development and calibration of a Thomson parabola with microchannel plate for the detection of laser-accelerated MeV ions.</a> Review of Scientific Instruments. 79 (9), 93306(2008).</li>
<li>Robinson, A. P. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectral+modification+of+laser-accelerated+proton+beams+by+self-generated+magnetic+fields+Related+content+New+Journal+of+Physics+Spectral+modification+of+laser-accelerated+proton+beams+by+self-generated+magnetic+fields%5BTitle%5D)+AND+%22New+Journal+of+Physics%22%5BJournal%5D)">Spectral modification of laser-accelerated proton beams by self-generated magnetic fields Related content New Journal of Physics Spectral modification of laser-accelerated proton beams by self-generated magnetic fields.</a> New Journal of Physics. 11 (15), 83018(2009).</li>
<li>Treffert, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+implementation+of+a+Thomson+parabola+for+fluence+dependent+energy-loss+measurements+at+the+Neutralized+Drift+Compression+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">Design and implementation of a Thomson parabola for fluence dependent energy-loss measurements at the Neutralized Drift Compression experiment.</a> Review of Scientific Instruments. 89 (10), 103302(2018).</li>
<li>Pappalardo, A., Cosentino, L., Finocchiaro, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+imaging+technique+for+detection+and+absolute+calibration+of+scintillation+light%5BTitle%5D)+AND+%22Review+of+Scientific+Instruments%22%5BJournal%5D)">An imaging technique for detection and absolute calibration of scintillation light.</a> Review of Scientific Instruments. 81 (3), 33308(2010).</li>
</ol>

作者无竞争性财务利益。

尽管存在一些变化，本方案中描述的目标制备工艺是常见的（例如 Zaffino 等人23）。其中，一个对自动定位操作至关重要的独特步骤是在晶圆背面的环形区域引入纳米尺度的粗糙化处理（步骤 1.2.3）。该步骤的目的是增强入射光在这些区域的漫散射。测距传感器将一束低功率激光照射到晶圆上，收集散射光，并通过三角测量法确定其位移。
上述数据的采集速率为每5秒一次采样，限制因素是IP的平移时间。此处展示的是一种简单、低成本的在线读出方法的初步结果，该方法将提高采样占空比。传统的在线读出通常使用微通道板24或塑料闪烁体25,26实现。在后一种情况下，需要使用昂贵的、带像增强器的门控CCD相机来记录相对微弱的闪烁光信号。当前系统采用了一种基于不同闪烁体材料CsI(Tl)的更简单的读出系统，其发光强度足以使用低成本、低动态范围的CCD相机进行记录。这种闪烁体材料的选择此前已由Pappala...

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61056">Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments</a>. The author list was updated.
The author list was updated from:
Yonatan Gershuni1,2, Michal Elkind1,2, Itamar Cohen1,2, Aviad Tsabary1,2, Deep Sarkar1,2, Ishay Pomerantz1,2 
1The School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, 
2Tel Aviv University Center for Light-Matter Interaction
to:
Yonatan Gershuni1,2, Michal Elkind1,2, Dolev Roitman1,2, Itamar Cohen1,2, Aviad Tsabary1,2, Deep Sarkar1,2, Ishay Pomerantz1,2 
1The School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, 
2Tel Aviv University Center for Light-Matter Interaction

An erratum was issued for:&#160;<a href="https://www.jove.com/t/61056">Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments</a>. The author list was updated.

Erratum: Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

高强度激光辐照固体靶会产生多种形式的辐射，其中之一便是能量达到兆电子伏特（MeV）量级的高能离子发射1。MeV离子的紧凑型辐射源在多个领域具有应用潜力，例如质子快点火2、质子照相3、离子放射治疗4以及中子产生5。
实现激光离子加速实用化的一个主要挑战在于，如何以高重复频率将微米尺度的靶材精确地定位在激光焦点内。目前仅有少数靶材输送技术被开发出来以应对这一挑战。其中最常见的是基于微米级厚度胶带的靶系统。这类靶材易于补充，且可方便地定位在激光焦点内。已用于制作胶带靶的材料包括VHS6、铜7、Mylar和Kapton8胶带。胶带驱动系统通常由两个电动卷轴组成，用于收卷和放卷，两个垂直定位销则置于其间以固定胶带位置9。胶带表面的定位精度通常小于聚焦光束的瑞利长度。另一种可补充的激光靶是液态薄片10。这类靶材可快速输送到相互作用区域，并产生极少的残余物。该系统由一个高压注射泵构成，液体从储液器持续供给。最近，新型低温氢喷流11已被确立为一种可输送超薄、低残余物、可补充靶材的有效手段。
所有这些可补充靶系统的主要缺点是靶材料和几何形状的选择有限，这受限于强度、黏度和熔点等机械性能要求。
本文描述了一种能够以 0.2 Hz 的频率将微加工靶材送至高强度激光焦点的系统。微加工技术可在多种几何结构中提供广泛的靶材选择12。靶材定位由商用位移传感器与电动操纵器之间的闭环反馈控制完成。
采用高对比度、20太瓦（TW）的激光系统测试了靶材输送系统，该系统可向靶材输送持续时间为25飞秒（fs）、能量为500毫焦（mJ）的激光脉冲。Porat等人13综述了该激光系统的结构，Gershuni等人14则提供了靶材系统的技术描述。本文详细介绍此类系统的制备与使用方法，并展示了利用超薄金箔靶材进行激光离子加速的代表性实验结果。
如图1所示，采用汤姆逊抛物线离子谱仪（TPIS）15,16记录所发射离子的能量谱。在TPIS中，被加速的离子穿过平行的电场和磁场，从而在焦平面上形成抛物线轨迹。抛物线的曲率取决于离子的质荷比，而沿轨迹的位置则由离子的能量决定。
位于TPIS焦平面处的BAS-TR成像板（IP）17用于记录入射离子。该成像板连接至机械馈通装置，可在每次打靶前移动至新的区域。

<table><tbody><tr><td>76.2 x 127 mm EFL 90&amp;deg; 保护型金膜 100&amp;Aring; 离轴抛物面反射镜</td><td>Edmund optics</td><td>35-535</td><td></td></tr><tr><td>MicroTrak 3 LTS 120-20</td><td>MTI Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>800 nm 超快高功率介质反射镜</td><td>Thorlabs</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

用于强激光辐照实验的微加工靶材自动化输送

Automated Delivery of Microfabricated Targets for Intense Laser Irradiation Experiments

本文描述了一种可实现对微加工靶材进行高功率激光辐照的实验方法。通过在靶材操控装置与测距传感器之间运行的闭环反馈系统，将靶材送至激光焦点位置。文中详细阐述了靶材的制备过程，并给出了以0.2 Hz的频率辐照600 nm厚金箔后产生兆电子伏（MeV）级质子束的典型实验结果。该方法与其他可更换靶材系统进行了比较，并探讨了将打靶频率提升至10 Hz以上的前景。

该靶向输运系统被用于从600 nm厚的金箔背面加速离子。当以归一化激光强度a0 = 5.6照射时，这些离子通过靶法向鞘层加速（TNSA）机制被加速21。在TNSA机制中，主激光脉冲前的低强度光使靶箔前表面发生电离。主激光脉冲产生的纵场力推动热电子穿过体材料。这些电子在背面引起的电荷分离22，形成了极强的静电梯度，从而沿靶法向方向加速了靶材中的离子污染物。
沿焦轴方向的目标位移时间序列如图所示 图6。数值相对于焦平面位置设定点。绿色圆点表示目标位移在容差范围内的时刻 1 μm 从设定点；此时会进行一次激光照射。
图7展示了对600 nm厚金箔靶材连续辐照14次所获得的TPIS信号迹线。由这些迹线导出的质子能量谱如图8所示。最大质子能量的...

本文介绍了一种利用高强度激光脉冲自动辐照薄金箔的实验方案。该方案包含微加工靶材制备过程的逐步说明，以及如何以0.2 Hz的频率将靶材送至激光焦点的详细操作指南。

描述了一种实验方法，可实现对微加工靶材进行高功率激光辐照。通过……将靶材送至激光焦点处。

目前，亚微米尺度靶材的强激光辐射实验通常以较低的打靶频率进行。本方案通过自动化方式快速将靶材送至激光焦点，解决了这一难题。我们的靶材系统能够采集大量激光打靶数据，实现靶材参数的微小步进式调节，并适用于需要高总辐射剂量的应用场景。本方案的可视化演示将展示晶圆制造过程和靶标对准中的细微之处。靶标制备过程由工艺工程师 Nirit Porecki Shamay 和 Nofar Livni 进行演示。制备背面时，使用一片厚度为 250 微米、直径为 100 毫米、晶体取向为一零零的高应力硅晶圆，其两侧均涂覆有氮化硅。用丙酮和异丙醇清洗晶圆。然后在晶圆上旋涂HMDS抗蚀剂以形成粘附层，再用AZ 1518正性光刻胶对晶圆进行旋涂。将晶圆在 100 摄氏度下烘烤 1 分钟。在真空条件下进行光刻，形成 1,000 × 1,000 微米的方形开口，将晶圆暴露于 400 纳米紫外灯下，曝光时间为一个 4 至 7 秒的循环，使晶圆接收到的总辐射能量为 40 焦耳每平方厘米。然后使用 AZ 726 显影剂暴露氮化硅，并用脱水水浴终止该过程。使用反应离子刻蚀机去除方块位置处的氮化硅。将晶圆置于 NMP 溶液中浸泡 20 分钟，以去除残留的抗蚀剂和光刻胶，从而在氮化硅层上形成掩模的复制品。随后用去离子水冲洗并使其自然干燥。将晶圆浸入30%、90摄氏度的氢氧化钾溶液中，通过方形开口刻蚀硅。为制备正面，重复前述步骤，使用呈三个同心环形状的掩模。采用反应离子刻蚀器去除环所在区域的氮化硅，随后用NMP溶液浸泡以去除抗蚀剂和光刻胶残留物。通过将晶圆浸入硝酸以及含有0.02摩尔浓度硝酸银和4摩尔浓度氢氟酸的溶液中，使硅环表面粗糙化。在晶圆的刻蚀面，使用物理气相沉积设备溅射一层数百纳米厚的金层，金层下方先沉积一层10纳米厚的粘附性钛、镍或铬薄膜。遮挡束流，将第一个靶材置于高倍显微镜下观察视野中。将三角测量测距传感器对准靠近目标的粗糙环，并记录其位移读数。保持显微镜位置不变，移动晶圆以清空光路。利用两个折叠镜和离轴抛物面镜，在低功率下将光束对准显微镜视场。调节这三个反射镜以校正光束中的像散。结果应得到一个接近衍射极限的聚焦光斑。遮挡激光束，并将样品重新移至显微镜的焦点位置。然后使用显微镜和测距传感器读数验证其位置。通过软件实现目标焦轴调节器与位移传感器读数之间的闭环反馈，将先前记录的位移值作为设定点。当闭环定位达到与设定点之间预定的容差距离后，用单个高功率激光脉冲照射目标。记录来自粒子诊断的数据，并对软件聚焦的下一个目标重复该过程。该目标输送系统被用于从600纳米厚的金箔背面加速离子。此处展示了沿焦点轴方向目标位移的时间序列。这些数值是相对于焦平面位置设定点而言的。当目标位移在设定点的一微米容差范围内时，绿色圆点表示此时触发了一次激光脉冲。汤姆逊抛物线离子谱仪的信号来自对厚度为600纳米的金箔靶连续进行的14次辐照。这些轨迹得到了能量谱。质子最大能量的峰峰值稳定性在10%以内。通过此程序，可以系统地开展从固体薄膜中加速离子和电子以及中子生成的研究。

automated-delivery-microfabricated-targets-for-intense-laser

Research

科研

JoVE Journal

Engineering

工程

用于密集激光辐照实验的微制造目标的自动交付

我们描述了一种在背景气体存在下，利用纳秒脉冲激光沉积（Pulsed Laser Deposition,...

采用脉冲激光沉积法制备纳米工程透明导电氧化物

我们演示了激光诱导前向转移（Laser-induced Forward Transfer,...

用于单芯片倒装封装的激光诱导前向转移技术

我们展示了激光诱导前向转移技术（LIFT）在高粘度银浆印刷中的应用。该技术提供了一种简单、低温、稳定的非光刻微米级二维和三维结构印刷方法。...

激光诱导银纳米膏前向转移

本方案描述了一种使用自动化机器人沉积系统的生物打印方法，该方法结合了刻蚀的拓扑引导线索与承载细胞的水凝胶生物墨水的精确沉积。打印的细胞被直接递送至刻蚀结构中，并能够感知并沿其定向排列。...

用于细胞表面引导与生物打印的自动化机器人分配技术

我们介绍一种利用飞秒激光诱导烧蚀技术在亚波长直径二氧化硅光纤（光学纳米光纤）上制备一维光子晶体微腔的实验方案。...

利用飞秒激光烧蚀技术在纳米光纤上制备一维光子晶体微腔

我们制备金属/LaAlO₃3/SrTiO3 异质结构的制备采用脉冲激光沉积与 原位 磁控溅射。通过磁输运和 原位...

金属/LaAlO3/SrTiO3 异质结构的生长及其静电/化学性质

介绍了高质量块体和薄膜(Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O及(Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O熵稳定氧化物的合成方法。...

成分可变的熵稳定氧化物的块体与薄膜合成

高强度飞秒激光脉冲可在克尔自聚焦与等离子体散焦之间发生周期性交替，使高强度、亚毫米直径的光束在长距离上传播。本文介绍一种生成和利用这些光丝的技术，用于实现超越传统线性光学衍射极限的远程成像与传感。...

飞秒激光丝在亚衍射极限成像与远程探测中的应用

本文介绍了在Diamond光源I24线站进行序列同步辐射晶体学实验的固定靶样品制备、数据收集和数据处理的综合指南。...

在钻石光源进行固定靶连续数据采集

本文介绍的实验方案可实现微图案的自动化制备，从而标准化哺乳动物细胞的细胞形态，用于研究细胞内的细胞骨架结构。该技术操作简便，可使用市售的成像系统进行搭建，无需标准细胞生物学实验室难以获得的专用设备。...

通过红外激光辅助微图形化技术控制细胞几何形态

本方案描述了使用三维激光打印技术制备可植入式集成成像窗口的方法。该窗口由与微支架耦合的微透镜系统组成。该方法采用生物相容性光刻胶SZ2080，通过双光子聚合（2PP）技术进行连续加工，优化了不同组件之间的制造效率与对准精度。...

用于先进成像的微结构成像窗中可植入光学器件的微加工 体内 成像

了解高强度激光脉冲自动辐照薄金箔的实验方法，使用250微米硅晶圆和氮化硅涂层进行微加工靶材制备。该自动化系统以0.2赫兹频率实现靶材精准对准，显著提升数据采集效率和实验速度。

用于强激光辐照实验的微加工靶材自动化输送

探索更多视频